柴油机三大精密偶件喷油器针阀偶件损坏的原理及防御措施

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柴油机喷油器常见故障及维修要点
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&1&喷油器常见故障及影响&
  (1)喷油雾化不良&
  当喷油压力过低、弹簧端面磨损或弹簧弹力下降时,会使喷油器提前开启、延时关闭,并出现喷油雾化不良现象,导致柴油机功率下降、燃烧不充分而排气管冒黑烟。&
  (2)密封失效、排白烟并伴有放炮声&
  喷油器工作时,针阀体的密封锥面由于受到针阀频繁的强力冲击和磨料磨损,锥面会逐渐出现划痕或点蚀,配合锥面接触宽度增加,从而造成密封失效,使喷油器滴油。当柴油机温度低时,排气管有冒白烟现象;当柴油机温度高时,排气管除冒黑烟外,还会不时地发出放炮声。这时,若停止向该缸供油,排烟与放炮声则迅速消失。&
  (3)针阀卡死,无法喷油&
  柴油中的水分或酸性物质过量时会使针阀因锈蚀而被卡住;当针阀密封锥面受损后,气缸内可燃混合气也会窜入配合面并形成积炭,使针阀被卡住,喷油器无法喷油,致使该缸停止工作。&
  (4)内漏、喷油时间长、启动困难&
  当针阀在针阀孔内作频繁的往复运动时,如果柴油中杂质微粒直径过大,则会使针阀孔导向面逐渐磨损,致使喷油器内漏增加、压力下降和喷油时间延长,造成柴油机启动困难,工作时振动增大。&
  (5)喷油器与缸盖的结合孔漏气、窜油&
  若喷油器在缸盖上的安装孔内有积炭,铜垫圈不完好、不平整,以石棉板或其他材质代替紫铜材质,或垫圈的厚度不能确保喷油器伸出缸盖平面,都会造成散热不良或起不到密封作用,导致喷油器与缸盖的结合孔处漏气、窜油。&
  (6)冒黑烟&
  由于高压柴油的不断喷射冲刷,喷油嘴喷孔会因逐渐磨损而加大,导致喷油压力下降、喷射距离缩短和可燃混合气混合不均,从而使柴油机出现冒黑烟现象,缸内积炭也会随之增加。&
  &2&喷油器的使用维护要点&
  (1)改进喷油器垫的安装位置&
  由于金属在高温条件下工作时最易磨损,而轴针式和孔式喷油器的喷油嘴伸入燃烧室中,大部分表面直接与燃气接触,遭受高温、高压燃气的烘烤,这是造成喷油器针阀锥面与针阀导向面磨损的主要原因。对于轴针式喷油器,为避免喷油嘴整体受燃气烘烤,可在喷油嘴头部加装一适当厚度的紫铜垫圈;对于孔式喷油器,可加装v形垫,v形垫的设计应使外径尽量大,使内孔尽量上大下小,以便于在更换喷油嘴时拆装并防止燃气侵入。&
  (2)定期检查、调整喷油器&
  喷油器每工作700h左右应检查调整一次。若开启压力低于规定值时应将针阀卸出,放入清洁柴油中用木片或铜片刮除积炭,用细铁丝疏通喷孔,装复后再进行调试。要求同一台柴油机上各缸的喷油压力差必须小于lMPao&
  (3)定期检查、调整喷油泵供油提前角&
  为使喷油器喷入气缸内的柴油能够混合均匀并完全燃烧,必须定期检查、调整喷油泵供油提前角的大小。若供油时间过早,会使柴油机启动困难,出现敲缸、振动加大等故障;若供油时间过迟,则会导致排气管冒黑烟、机温过高和油耗上升等不良后果。&
  (4)按季节换油,定时保养柴油滤清器&
  因针阀偶件的酉治精度很高,而且喷油器喷孔孔径很小,因而必须严格按照季节变化选用规定牌号的清洁柴油,并要定时保养柴油滤清器,经常排放滤清器和油箱内的沉淀油,以防止灰尘、杂质的侵入而加速针阀偶件的磨损。&
  (5)仔细清洗和更换针阀偶件&
  更换针阀偶件时,应将针阀偶件先放入70―80℃的热柴油中浸泡10min,?再在&干净柴油中将针阀在阀体内来回抽动,以便彻底清洗干净。这样,才能有效地避免喷油器工作时因防锈油溶化而发生粘住针阀的故障。另外,清洗针阀偶件时,不得与其他硬物相碰,防止针阀导向面被刮伤。&
  (6)避免针阀被卡死&
  当松开高压油管接头时,如果看到有大量气泡或油沫窜出来,则说明针阀已在开启状态被卡死,因而使气缸压缩时产生的压缩气体经喷油器倒流入高压油。此时,若用手触模高压油管,则感觉不到柴油脉动或脉动较弱。若针阀被卡死,由于油中存在颗粒物及喷油器中有残余铁末,将导致该缸喷油器工作不良或不工作。这时,应对针阀偶件重新进行清洗、装配。&
  (7)保证喷油器喷孔的直径大小符合技术要求&
  如果判明喷油器喷油压力不足为喷孔扩大所致,对于单孔轴针式喷油器,可在孔端放一粒直径4~5mm的钢球,用小锤轻轻敲击,使喷孔局部产生塑性变形而缩小孔径;对于多孔直喷式喷油器,因其孔数多、孔径小,只能用专制的冲头在孔端轻轻敲击。若装复后仍达不到技术要求,则应更换针阀偶件。&
  (8)避免柴油机长时间超负荷运转&
  柴油机应避免长时间超负荷运转,以防机体过热而将喷油器的针阀偶件卡死。对长期封存的柴油机,应将喷油器卸下浸入清洁柴油中,以防针阀腐蚀而不能灵活开闭。&&
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针阀偶件损坏的原因及预防
优质期刊推荐柴油机喷油器密封锥面涂层抗磨损技术研究--《华南理工大学》2014年硕士论文
柴油机喷油器密封锥面涂层抗磨损技术研究
【摘要】:喷油器中的针阀偶件是柴油机供油系统的核心部件,其性能的好坏直接影响着燃油的喷雾效果,进而影响柴油机的动力性、经济性和使用可靠性。由于喷油器针阀偶件的使用环境极其恶劣,所以针阀偶件内的密封锥面很容易出现磨损现象。
密封锥面的磨损主要是由针阀落座时所产生的冲击力,以及燃油中夹带的杂质综合作用造成的。磨损后,密封锥面会发生变形,其表面粗糙度增大,密封效果变差,致使喷雾效果下降,甚至出现滴油现象,从而使柴油不能充分燃烧,在喷孔、燃烧室和活塞内形成大量的积炭,甚至堵塞喷孔。最终导致柴油机的功率下降,燃油消耗率增加。
针对密封锥面的磨损问题,本文提出涂层针阀方案,以提高其抗磨损性能。利用ANSYS软件,对针阀偶件进行接触分析,分别模拟无涂层针阀偶件,以及不同厚度的Al2O3、TiN和类金刚石膜(DLC)针阀偶件接触时的应力分布。模拟结果表明:无涂层针阀偶件的最大接触应力为208MPa;增加涂层后,最大接触应力均大于208MPa,但均出现在涂层上,且都在各材料的许用应力范围内。另外,增加涂层可以使针阀偶件应力集中的区域减小,并往涂层上转移,使针阀上应力集中的区域大大减小。
根据模拟分析的结果,以及考虑材料的性能参数,选择类金刚石膜(DLC)作为喷油器针阀的涂层材料,厚度为10um。并通过磁控溅射法制备DLC涂层针阀样件。
对无涂层针阀和DLC涂层针阀样件进行发动机台架和喷油器试验台实验,并通过扫描电镜观察密封锥面处的磨损形貌,实验结果表明:在实验的前期,DLC涂层对针阀有很好的保护作用,DLC涂层针阀的磨损明显少于无涂层的针阀;随着实验时间的延长,无涂层针阀的表面出现了明显的刮痕、裂纹和严重的剥落现象,DLC涂层针阀由于涂层与针阀基体结合强度的减弱,其表面出现了几处较为明显的剥落现象,但其他地方的涂层仍比较完好。实验证明了DLC涂层确实能在一定程度上对针阀起到很好的保护作用,从而提高针阀偶件密封锥面的抗磨损性能,但其与W6Mo5Cr4V2钢材的结合强度仍有待提高。
【关键词】:
【学位授予单位】:华南理工大学【学位级别】:硕士【学位授予年份】:2014【分类号】:TK423【目录】:
摘要5-6ABSTRACT6-8目录8-11第一章 绪论11-22 1.1 研究的目的与意义11-12 1.2 国内外的研究现状12-20
1.2.1 喷油器的磨损分析12-14
1.2.2 喷油器抗磨损技术研究14-16
1.2.3 表面涂层技术研究16-19
1.2.4 现有研究的不足19-20 1.3 本文的研究内容20-22
1.3.1 喷油器涂层抗磨损方案20-21
1.3.2 主要的研究工作21-22第二章 喷油器针阀涂层材料分析22-38 2.1 陶瓷涂层材料分析22-27
2.1.1 Al_2O_3涂层22-23
2.1.2 ZrO_2涂层23-24
2.1.3 SiC 涂层24-25
2.1.4 Si_3N_4涂层25-26
2.1.5 TiN 涂层26-27 2.2 超硬涂层材料分析27-32
2.2.1 金刚石膜27-29
2.2.2 类金刚石膜29-30
2.2.3 立方氮化硼涂层30-32 2.3 涂层材料的选择32-38
2.3.1 涂层材料性能参数的对比32-33
2.3.2 涂层材料的对比实验33-36
2.3.3 喷油器材料的性能要求36-37
2.3.4 涂层材料的选择37-38第三章 针阀偶件的数值模拟与涂层优选38-60 3.1 针阀偶件的磨损机理38-39 3.2 针阀偶件的接触分析39-44
3.2.1 喷油器的结构分析39-42
3.2.2 赫兹接触理论42-44 3.3 针阀偶件的数值模拟44-51
3.3.1 有限元模型的建立45-47
3.3.2 接触单元的设定47-48
3.3.3 约束与载荷的设定48-51
3.3.4 迭代运算51 3.4 模拟结果分析与涂层优选51-60
3.4.1 数值模拟的结果51-56
3.4.2 模拟结果的对比分析56-59
3.4.3 针阀涂层的优选59-60第四章 喷油器涂层针阀的工艺与制备60-66 4.1 涂层制备工艺分析60-64
4.1.1 物理气相沉积法60-63
4.1.2 化学气相沉积法63-64 4.2 喷油器涂层针阀的制备64-66
4.2.1 涂层制备工艺的选择64-65
4.2.2 涂层针阀样件的制备65-66第五章 喷油器的实验研究66-82 5.1 发动机台架实验66-75
5.1.1 发动机台架的搭建66-71
5.1.2 发动机台架的实验方案71
5.1.3 扫描电镜结果71-74
5.1.4 讨论与总结74-75 5.2 喷油器试验台实验75-81
5.2.1 喷油器试验台的搭建75-76
5.2.2 喷油器试验台的实验方案76-77
5.2.3 扫描电镜结果77-81
5.2.4 讨论与总结81 5.3 实验总结81-82工作与展望82-84参考文献84-89攻读硕士学位期间取得的研究成果89-90致谢90-91附件91
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